DE2331192A1

DE2331192A1 - Verfahren zur denitrifikation von abwasser

Info

Publication number: DE2331192A1
Application number: DE2331192A
Authority: DE
Inventors: Jeris John Stratis
Original assignee: ECOLOTROL
Current assignee: ECOLOTROL
Priority date: 1972-06-19
Filing date: 1973-06-19
Publication date: 1974-01-10
Also published as: JPS5499348A; FR2189328B1; JPS4951765A; IL42496A0; NL161115B; CH572870A5; IT985492B; IL42496A; JPS5245138B2; CA986239A; DE2366033A1; GB1430410A; US3846289A; NL7308423A; DE2331192B2; BE801127A; FR2189328A1

Description

Ecolotrol, Inc., Bethpage, N.Y. / USA

Verfahren zur Denitrifikation von Abwasser

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Behandlung von flüssigen Abwässern unter Verwendung von
Fließbetten." Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Denitrifikation von Abwasser.

Abwässerbehandlungsanlagen sind üblicherweise dazu ausgestaltet, um Feststoffe und Sauerstoff erfordernde organische Materialien zu entfernen. Die Anlagen sind Jedoch
nicht beabsichtigt, um Algennährstoffe, wie Stickstoff
und Phosphor, zu entfernen. Bei großen Mengen von fixiertem Stickstoff in Form von Ammoniak und Nitraten werden
diese durch die große Verwendung von synthetischen Detergentien und Düngemitteln in die Biosphäre eingeführt. Diese Stoffe scheinen das Ungleichgewicht der ökologischen

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Systeme für die Zukunft zu verändern. Derzeit enthalten Stadtabwässer im allgemeinen 25 bis 50 mg Stickstoff je Liter, und zwar in Form von Ammoniak, Aminen, Nitrat, Nitrit und dergleichen. Das Vorliegen von solchen Nährstoffen in natürlichen Wassern bewirkt eine Düngung und ein vegetatives Wachstum von Algen. Ein solches Wachstum führt oftmals zu einer beschleunigten Eutrophisierung.

Die traditionellen Abwasserbehandlungsprozesse, beispielsweise das Aktivschlammverfahren und die Sickerfiltration, sind dazu imstande, Abströme mit hohen Nitratkonzentrationen herzustellen. Ferner enthalten landwirtschaftliche Abwässer oftmals hohe Konzentrationen von Nitraten. Es besteht somit ein dringendes Bedürfnis nach einer Verminderung der Menge der Nitrate und der Nitrite in Abwasser, bevor das Wasser in die natürliche Umgebung zurückgeschickt wird.

Denitrifikationsverfahren, die im Versuchs stadium durchgeführt worden sind, sehen im allgemeinen eine Nitrifikation des Abstroms von zeitweiligen sekundären Behandlungsanlagen vor, um die Amine und Ammoniak zu Nitraten zu oxidieren. Die nitrifizierten Abwässer werden sodann der Einwirkung einer denitrifizierenden Fauna bzw. Flora unterworfen, welche die Nitrate in Nitrite und sodann zu Stickstoffgas umwandeln. Das Stickstoffgas wird sodann von dem Abwasser abgegeben. Während der Denitrifikation ist eine Kohlenstoffquelle vorhanden. Wenn der Nitratstickstoff zu gasförmigem Stickstoff reduziert wird, dann wird eine Kohlenstoffquelle zu Kohlendioxid oxidiert, wobei gleichfalls auch zellförmiges Material gebildet wird.

Die herkömmlichen Denitrifikationsprozesse erfordern eine ungewöhnlich lange Verweilzeit, gewöhnlich von 2 bis 4

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Stunden. Solche Verweilzeiten erfordern große und teure Anlagen zur Behandlung von technischen oder städtischen Abwässern.

Es sind schon bestimmte experimentelle Denitrifikationsprozesse unter Verwendung von Stromabwärtskolonnen oder -betten durchgeführt worden. Solche Stromabwärtsbetten oder -packbetten neigen dazu, blockiert zu werden, wenn die Feststoffe in dem Abwasser herausgefiltert werden, wozu noch kommt, daß die anhaftende Flora bzw. Faune auf den Substratsteinen oder dem Sand ein unkontrolliertes Wachstum besitzt. Eine solche Blockierung bewirkt unüberwindliche KopfVerluste. Diese Verluste müssen durch ein häufiges und unpraktisches Rückwaschen gemindert werden.

Im allgemeinen wurden stromaufwärts expandierte Betten, die Aktivkohle enthielten, zur Entfernung von geringen Mengen von Kohlenstoff oder biochemischem Sauerstoffbedarf (BOD) verwendet, der nach einer biologischen und/oder physikalisch-chemischen Behandlung zurückblieb. Eine biologische Denitrifikation ist in Aktivkohlebetten beobachtet worden, welche mit einer niedrigen Geschwindigkeit arbeiteten, z.B. mit ungefähr 18,9 l/min je 0,09 m des Bettes. Bislang ist jedoch eine bakterielle Aufstrom-Denitrifikation als unerwünschtes Phänomen erachtet worden, das zur Bildung eines unkontrollierten biologischen Wachstums führen würde, welches die Primärfunktion des Bettes, d.h. die Entfernung von Kohlenstoff, in dem Abwasser inhibieren oder stören würde. Weiterhin wurden bislang mit solchen Prozessen nur nicht-signifikante Stickstoffmengen aus Abwässern entfernt.

Ein signifikanter Nachteil sämtlicher bislang durchgeführter Versuche hinsichtlich der Denitrifikation von nitri-

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fiziertem Abwasser liegt in dem Versagen, über 90% der Nitrate zu entfernen, wobei mit hohen Fließgeschwindigkeiten und sehr niedrigen Verweilzeiten gearbeitet wird, ohne daß eine Verstopfung erfolgt.

Die hierin verwendete Bezeichnung "Abwasser" oder "flüssiges Abwasser" bedeutet organische oder anorganische Flüssigkeiten oder Gemische davon, die biologisch zersetzbare Verunreinigungen enthalten und die ein Äquivalent von mindestens etwa 15 mg/l Stickstoff in oxidierter Form, insbesondere in Nitrat- und/oder Nitritform, enthalten. Städtische und technische Abwässer, die einer Nitrifikation unterworfen worden sind oder die oxidierten Stickstoff in den obigen Mengen enthalten, sollen unter die obige Definition von Abwasser fallen.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser zur Verfügung zu stellen, um den Stickstoffgehalt unter Anwendung von hohen Fließgeschwindigkeiten und niedrigen Verweilzeiten und unter Erzielung einer hohen Entfernungsleistung zu vermindern. Bei diesem Verfahren soll ein Fließbett verwendet werden können, wobei die Neigung der Betteilchen zur Vergrößerung und Agglomerierung kontrolliert werden soll. Das Abwasser soll weiterhin signifikante Mengen von suspendierten Feststoffen enthalten können, ohne daß die Leistung des Prozesses wirksam vermindert wird.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Denitrifikation von Abwasser, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Fließbett aus einer denitrifizierenden Flora bzw. Fauna, welche an einen festen teilchenförmigen Träger angehaftet ist, und dem Abwasser bildet, wobei der Träger eine Teilchengröße von etwa 0,2 bis 3 mm und ein spezifisches Gewicht von mindestens etwa 1,1 aufweist, daß man in

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dem Abwasser ausreichende Kohlenstoffmengen vorsieht, um die Umwandlung der nitrifizierten Abwasser zu Stickstoff durch die Fauna bzw. Flora zu gestatten, daß man das Bett bei einer Temperatur hält, welche ausreichend ist, um eine bakterielle Aktivität zu gestatten, und daß man überschüssiges Wachstum von dem teilchenförmigen Träger in vorgewählten Intervallen mechanisch entfernt.

Die hierin verwendete Bezeichnung "Fließbett" soll sich auf den Aufwärtsstrom einer geeigneten Flüssigkeit durch ein Bett von festen Teilchen mit geeigneter Größe mit einer Geschwindigkeit beziehen, welche ausreichend hoch ist, um den Teilchen einen Auftrieb zu verleihen, um den Einfluß der Schwerkraft zu überwinden und diesen eine Bewegung innerhalb eines Bettes zu verleihen, das zu einer größeren Tiefe expandiert ist, als wenn durch das Bett kein Strom strömt.

Wenn der Stickstoff in der Form von Nitraten und/oder Nitriten aus dem Abwasser, das durch das Fließbett strömt, entfernt wird, dann wird das Bakterienwachstum gesteigert und die Größe nimmt, wenn "keine Kontrolle erfolgt, zu und es besteht die Neigung, daß die auf dem Träger vorliegende Flora bzw. Fauna Aggregate bildet, wodurch die Oberfläche vermindert wird und die Leistung der Säule verkleinert wird. Ferner neigen die Teilchen dazu, hinsichtlich ihres spezifischen Gewichts vermindert zu werden, wenn sie expandieren, und sie neigen dazu, von dem Bett weggetragen zu werden. Es ist ein Merkmal des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, daß bei periodischen Intervallen ein überschüssiges Bakterienwachstum von den Teilchen entfernt wird, wodurch ein genügendes Wachstum für die Denitrifikation zurückbleibt.

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Die Anwendung eines Fließbettes zur Denitrifikation gestattet auch, daß darin ein Abwasser behandelt wird, welches erhebliche Mengen von suspendierten Stoffen enthält. Solche suspendierten Stoffe gehen im allgemeinen leicht durch das Fließbett hindurch. Gepackte Betten sind durch ein überschüssiges Wachstum und durch eine Retention von teilchenförmigen Stoffen, die in dem Abwasser enthalten sind, einem Verstopfen unterworfen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es somit möglich, eine wirksame Denitrifikation von Abwasser mit unerwartet hohen Fließgeschwindigkeiten und niedrigen Verweilzeiten durchzuführen.

Während das erfindungsgemäße Verfahren auf die Behandlung von allen Flüssigkeiten, die oxidierten Stickstoff haben und die gegenüber den denitrifizierenden Bakterien nicht toxisch sind, anwendbar ist, ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung ohne weiteres dazu geeignet, sekundäre Behandlungssysteme zu steigern. Der flüssige Abstrom von Sickerfiltrationsanlagen oder von Aktivschlammprozessen enthält eine Vielzahl von stickstoffhaltigen Verbindungen mit Einschluß von Ammoniak, Aminen, Nitraten, Nitriten und dergleichen. Abströme mit hohem Ammoniak- oder Amingehalt können einer Oxidation und/oder der Einwirkung von aerobischen Bakterien unterworfen werden, um Ammoniak oder Amine in Nitrate oder Nitrite umzuwandeln. Für praktische Anwendungszwecke enthält das so behandelte Abwasser mindestens das Äquivalent von etwa 15 mg/1 Stickstoff in einem oxidierten Zustand. Das Abwasser wird durch ein expandiertes oder aufgewirbeltes Stromaufwärtsbett gemäß der Erfindung in Gegenwart von denitrifizierenden Bakterien, z.B. von Pseudomonas, geleitet. Die Nitrate und/oder Nitrite werden zu inertem Stickstoffgas und/oder zellförmigem Material umgewandelt.

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Die folgenden Ausführungen richten sich zwar auf die Behandlung von Abwässern durch denitrif!zierende Bakterien mit Einschluß von fakultativen und/oder anaerobisehen Bakterien, doch ist das erfindungsgemäße Verfahren auch auf die Behandlung von Abwässern in Gegenwart von Sauerstoff und/oder aerobischen Bakterien, wie Nitrosomonas oder Nitrobacter, anwendbar. Bei einer solchen Behandlung kann das Abwasser, das Amine oder Ammoniak enthält, nitrifiziert werden und die nitrifizierten Abwässer gelangen sodann in die Denitrifikationssysteme. Im allgemeinen ist der Betrieb des nitrifizierenden Fließbettes parallel zu dem des denitrifizierenden Fließbettes, wobei geeignete, auf der Hand liegende Modifikationen vorgenommen werden können. So muß beispielsweise zu dem Wasser vor der Nitrifikation keine getrennte Kohlenstoffquelle zugefügt werden.

Das Fließbett, durch das das einströmende Abwasser fließt, wird vorzugsweise in einer aufrechten zylindrischen Kolonne gehalten. Das Abwasser tritt in die Kolonne durch einen Verteiler auf ihrer Grundlage ein. Eine zylindrische Verteilerplatte mit einer Reihe von im Abstand angeordneten Löchern kann dazu verwendet werden, um den Fluß von Wasser durch die Kolonne zu regulieren und auszugleichen, obgleich eine breite Vielzahl herkömmlicher Verteilungseinrichtungen und -systeme gleichfalls verwendbar ist.

Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Fließbett bzw. Wirbelschichtbett, das aus einer denitrifizierenden Flora bzw. Fauna gebildet wird, die an einen festen teilchenförmigen Träger oder ein Substrat angefügt ist, erzeugt. Beispiele für geeignete Trägermaterialien sind natürliche oder künstliche Materialien, wie Kohle, vulkanische Schlakken, Glas-oder Kunststoffperlen, Sand, Aluminiumoxid und, was am meisten bevorzugt wird, Aktivkohleteilchen. Die

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Größe der Teilchen ist eine Funktion sowohl ihres spezifischen Gewichtes als auch der Oberfläche. Meistens wird es bevorzugt, Trägerteilchen mit einem Durchmesser zwischen etwa 0,2 und 3 mm zu verwenden. Insbesondere wird es bevorzugt, poröse Teilchen mit einem Durchmesser von zwischen 0,6 und 1,5 mm zu verwenden (wobei kugelförmige Teilchen angenommen werden). Die Teilchen haben, was am meisten bevorzugt wird, eine gleichförmige Größe. Während die obigen Trägermaterialien für das Bett Beispiele von bevorzugten Trägermaterialien sind, können auch weitere, gegenüber Bakterien nicht toxische Materialien entweder natürlicher oder synthetischer Herkunft verwendet werden.

Für eine optimale Denitrifikation hat Jedes Betteilchen vorzugsweise eine dünne, darauf gesäte Schicht von Bakterien. Im allgemeinen werden die Betteilchen zuerst durch Samenbakterien, wie Pseudomonas, kultiviert. Das Säen wird von außen oder vorzugsweise im Innern des Systems unter Anwendung herkömmlicher Maßnahmen durchgeführt. Es können übliche Denitrifikatoren vorhanden sein, wie Pseudomonas, Bacillus und/oder Micrococcus. Das spezifische Gewicht von solchen gesäten Teilchen darf nicht weniger als etwa 1,1 betragen und ist vorzugsweise größer als etwa 1,20, damit gewährleistet wird, daß diese Teilchen während des Betriebs nicht aus dem System herausgetragen werden.

Bei einem Gesichtspunkt des Betriebs sind die Betteilchen in eine aufrechte Denitrifikationskolonne eingegeben. Erforderlichenfalls wird eine Kohlenstoffquelle in die Beschickungslösung eindosiert. Wenn die einströmende Beschickung genügende Mengen von biologisch verfügbarem organischen Kohlenstoff enthält, dann braucht keine äußere Kohlenstoffquelle verwendet zu werden. Die nitrifizierte Beschickung wird sodann in die Kolonne mit einer Geschwin-

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digkeit eingepumpt, die ausreicht, daß die besäten Teilchen im Wirbelschichtzustand getragen werden.

Der Druck der Beschickung am Punkt der Wirbelschichtbildung variiert in Abhängigkeit von vielen Faktoren mit Einschluß der Menge der Betteilchen und ihres spezifischen Gewichts. Es wurde gefunden, daß verbesserte Ergebnisse erhalten werden, wenn die Fließgeschwindigkeit etwa 22,7 bis 151 l/min je 0,09 m² (6 bis 40 Gallonen je Minute je square foot) des natürlichen oder künstlichen Betts beträgt. Besonders stark verbesserte Ergebnisse werden dann erhalten, wenn die Fließgeschwindigkeit etwa 30,3 bis

94,6 l/min (8 bis 25 Gallonen) je 0,09 m (1 square foot) des Bettes beträgt. In Abhängigkeit von der gewählten Fließgeschwindigkeit kann die tatsächliche Verweilzeit innerhalb einer speziellen Kolonne so gering wie 3 bis 5 Minuten sein.

Wenn in einem gegebenen Bett die Fließgeschwindigkeit erhöht wird, um das Volumen des behandelten Abwassers zu erhöhen, dann erhöht ein spezielles Bett aus den mit Mikroorganismen versehenen Teilchen seine Höhe in dem Maß, wie sich die Teilchen voneinander abtrennen. Um diese Neigung des Bettes zur Steigerung der Höhe bei höheren Fließgeschwindigkeiten zu kompensieren, kann es zweckmäßig sein, schwerere zusätzliche Betteilchen zu verwenden oder ein frisches Bett einzusetzen, das Teilchen mit höherem spezifischen Gewicht aufweist. Bei Verwendung eines identischen Fließbettes wurden Versuche durchgeführt, welche gezeigt haben, daß bei einer Steigerung der Fließgeschwindigkeit

von etwa 45,4 l/min je 0,09 m des Bettes auf etwa 90,8

l/min je 0,09 m des Bettes die prozentuale Expansion des Bettes sich mehr als verdoppelte. GewUnschtenfalls kann dieser Effekt wieder ausgeglichen werden, indem Betteil-

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chen mit höherem spezifischen Gewicht verwendet werden, wenn mit höheren Fließgeschwindigkeiten gearbeitet wird, z.B. aus Sand, Granat und dergleichen.

Im allgemeinen wird der pH-Wert des Systems, wenn es erforderlich ist, so eingestellt, daß er in den Bereich von etwa 5,5 bis 9,5 fällt. Bessere Ergebnisse werden bei pH-Werten von etwa 6,5 bis 8,5 erhalten, was bevorzugt wird. Die Temperatur der Fließbettumgebung sollte ausreichend hoch sein, um eine bakterielle Aktivität zu gestatten. Gewöhnlich wird die Bettemperatur bei etwa 5 bis 45°C gehalten. Naturgemäß variiert die Temperatur entsprechend dem einströmenden Abwasser, so daß demgemäß Umgebungsbetriebstemperature]
denstellend sind.

triebstemperaturen in der Gegend von 10 bis 25°C zufrie-

In der eintretenden Beschickung müssen ausreichende Kohlenstoffgehalte vorhanden sein, um stöchiometrische Kohlenstoff mengen zu ergeben, damit der oxidierte Stickstoff zu Stickstoff reduziert werden kann. Naturgemäß kann, wenn die eintretende Beschickung bereits stöchiometrische Mengen von organischem Kohlenstoff enthält (wie es nachstehend beschrieben wird), eine solche Einstellung nicht notwendig sein. Im allgemeinen kann jede billige und ohne weiteres verfügbare Kohlenstoffquelle verwendet werden. Beispiele für bevorzugte Kohlenstoffquellen sind Stärke, Glucose und, was am meisten bevorzugt wird» Methanol. Die Kohlenstoffquelle wird zu der einströmenden Beschickung vor der Denitrifizierung zugesetzt. Wenn die Kohlenstoffquelle Methanol ist, dann läuft wahrscheinlich die folgende Denitrifikationsreaktion ab:

N0~ + 5/6 CH₃OH » 1/2 N₂ -r 5/6 CO₂ + 7/6 H₂O + OH"

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Es muß genügend Kohlenstoff vorhanden sein, daß diesem stöchiometrischen Minimum genügt wird, das anhand der Mengen von Nitratstickstoff oder dem Äquivalent in der Beschickung plus der Menge des Kohlenstoffes, der für das Wachstum der neuen Mikroorganismen notwendig ist, und desjenigen, der zur biologischen Reduktion des in dem einströmenden Wasser vorhandenen gelösten Sauerstoffs benötigt wird, errechnet wird. Im allgemeinen werden 2,5 bis 3 mg Methanol je mg entferntem Nitratstickstoff benötigt.

Wenn die Denitrifikationsreaktion in dem expandierten Bett fortschreitet, dann neigen die Bakterien auf der Oberfläche der Trägerteilchen zum Wachstum. Nach einer bestimmten Zeit neigen daher, wenn keine Kontrolle erfolgt, die Bettteilchen dazu, dicke Schichten zu bilden und sich bis zu einem solchen Ausmaß auszudehnen, daß sie Agglomerate und/oder gelatineartige Massen bilden. Wenn man dies durchgehen läßt, dann wird die für die Denitrifikation verfügbare Oberfläche erheblich vermindert und dementsprechend wird auch die Leistung des Prozesses verringert. Ferner neigen die Agglomerate dazu, aus dem expandierten Bett herausgetragen zu werden, wenn ihr spezifisches Gewicht abnimmt. Sie neigen auch dazu, Gasblasen eanzufangen oder sich daran anzuheften, beispielsweise auf dem durch die Denitrifikationsreaktion freigesetzten Stickstoffgas. Die Gasblasen vermindern das spezifische Gewicht der Agglomerate und neigen dazu, diese von dem Bett in Richtung auf die Oberseite der Kolonne wegzutragen, wo sie sich als unerwünschte Flocken ansammeln oder das System verlassen.

Um diese Probleme zu überwinden, wird ein überschüssiges bakterielles Wachstum mechanisch von den Teilchen entfernt,

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Ein ausreichendes Wachstum in der Form einer dünnen Bakterienschicht muß aber auf den Teilchen zurückbleiben, damit die Leistung des Prozesses beibehalten wird. Die Entfernung des gesamten Wachstums, das für expandierte Aufwärtsstrombett-Prozesse vorgeschlagen wird, welche zur Behandlung von Abwasser, um Kohlenstoff zu entfernen, verwendet werden, zerstört die Leistung des Verfahrens der Erfindung. Zur Entfernung des Wachstums können vorgewählte Mengen von Betteilchen durch eine ventilkontrollierte Auslaßöffnung entfernt werden und mechanisch durchbewegt und abgeschliffen werden, um überschüssige Bakterien zu entfernen. Diese Operation kann in einem getrennten Abriebgefäß durchgeführt werden, wobei ein Mischer verwendet werden kann, der einem drehenden Messer in einem Waring-Mischer ähnelt. Die abgeschliffenen Teilchen werden sodann zu dem Boden des Fließbettes zurückgegeben. Alternativ können auch die Teilchen in dem Schleifgefäß der Einwirkung von Druckluft oder von Wasserstrahlen ausgesetzt werden, um überschüssige Mikroorganismen zu entfernen.

Andere geeignete Durchbewegungsmechanismen und Vorrichtungen werden für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich. Nach der Behandlung werden die abgeschliffenen Teilchen in das expandierte Bett an seiner Grundlage durch eine geeignete Einlaßöffnung eindosiert. Die Entnahme von gemessenen Mengen von Betteilchen, ihre Reinigung und ihre Zurückführung in den Prozeß können ohne eine signifikante Störung der Kontinuität des Prozesses durchgeführt werden.

Bei einer zweiten und mehr bevorzugten Ausführungsform werden die Teilchen in situ behandelt, um überschüssige Bakterien von ihren äußeren Oberflächen zu entfernen. Diese Behandlung kann auch dazu dienen, im Bett gebildete

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Stickstoffblasen abzutrennen und auf diese Weise einen Verlust der Teilchen von dem Bett zu vermindern. Vorzugsweise wird komprimierte Luft durch das Bett gerichtet, obgleich hierzu auch eine Vielzahl von mechanischen Durchbewegungsvorrichtungen entweder allein oder in Kombination im Inneren der Kolonne verwendet werden kann. So können beispielsweise im Inneren der Kolonne mechanische Mischer, Abblendplatten und andere abschleifende Oberflächen sowie Wasserstrahlen, die nach oben und nach der Seite gegen die Kolonnenwände gerichtet sind, um Strudel und dergleichen zu erzeugen, sowie andere herkömmliche Durchbewegungseinrichtungen verwendet werden.

Es hat sich gezeigt, daß genügend Wachstum entfernt wird, wenn die Höhe des expandierten Bettes nach der Behandlung auf eine Größenordnung von etwa 10 bis 20% seiner ursprünglichen expandierten Länge bei der gleichen Fließgeschwindigkeit vermindert wird. Bei stark erhöhten und verminderten Fließgeschwindigkeiten kann die Höhe etwas oberhalb oder unterhalb dieses Bereiches liegen. Zur Entfernung von überschüssigem Wachstum in situ unter Anwendung der Luftreinigungsmethode kann z.B. die Fließgeschwindigkeit in die Kolonne auf etwa ein Viertel des normalen Flusses reduziert werden. Das Bett setzt sich zu einer neuen geringeren Höhe ab. Während und unmittelbar nach dem Abrieb bzw. dem Abschleifen werden die entfernten Wachsturnsteilchen aus dem Reaktor hinausgetragen und von dem System abgegeben. Danach kann die Fließgeschwindigkeit wieder auf ihre normale Größe erhöht werden.

Je nach der Natur des in dem Fließbett behandelten Abwassers kann es erforderlich sein, für eine leistungsfähige Denitrifikation mehr als eine in Reihe geschaltete Kolonne zu verwenden. Für die meisten Zwecke reicht jedoch eine

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einzige Kolonne aus.. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Abstrom von der ersten Kolonne als Beschickungsstrom für die zweite Kolonne zu verwenden, wenn die Konzentration der Nitrite in dem Abstrom zu groß ist. In der zweiten Kolonne werden solche Nitrite weiter zu Stickstoffgas reduziert. Während des Anfahrens hat es sich als zweckmäßig erwiesen, mindestens einen Teil des behandelten Abstroms in die Kolonne zurückzuführen, um ein anfängliches Wachstum der Bakterien auf den Bettträgerteilchen in situ zu fördern.

In der beigefügten Zeichnung wird eine etwas bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Abwasser A wird in dem unteren Teil einer zylindrischen Kolonne B durch einen Druckverteiler C in der Grundlage der Kolonne eingeführt. Betteilchen, die mit Mikroorganismen besät sind, werden durch den Durchtritt des Abwassers durch die Kolonne aufgewirbelt und sie bilden das Denitrifikationsfließbett D. Das denitrifizierte Abwasser E wird aus der Kolonne nach dem Durchlauf durch das denitrifizierende Bett ausgetragen. Ausgewählte Teile des Abstroms werden - wie erforderlich - in die eintretende Abwasserbeschickung F zurückgeführt, um das Wachstum der Mikroorganismen auf den Teilchen zu fördern. In den Abwassereinstrom wird eine Kohlenstoffquelle G in genügenden Mengen eindosiert, daß der biologischen Reaktion für die Reduktion von Stickstoff als Nitrate in dem Abwasser Genüge getan wird.

Die Eindosierung von genügenden Mengen einer Kohlenstoffquelle kann automatisch durchgeführt werden, indem ein herkömmlicher Stickstoffanalysator vorgesehen ist, der so angepaßt ist, daß er periodisch Proben von dem eintretenden Abwasser abnimmt und den Gehalt an oxidiertem Stickstoff

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■bestimmt. Es können Vorkehrungen getroffen werden, um eine Kohlenstoffquelle in Beantwortung des Abgabesignals des Stickstoffanalysators zusammen mit einer Dosierungskontrolle, bezogen auf den einkommenden Strom, einzudosieren.

Während der Denitrifikation wird das Bakterienwachstum auf den Teilchen von der Bettexpansion durch eine herkömmliche optische Vorrichtung oder einen anderen Typ eines Feststoff-Abfühlers H überwacht, der die Kontrolle des überschüssigen Wachstums unterstützt. Wenn die Bettexpansion eine bestimmte Höhe erreicht, wodurch das durch die Kolonne tretende Licht auf ein angegebenes Minimum verringert wird, dann werden die Betteilchen durch Abschleifen einer Regenerierung unterworfen, um überschüssiges Wachstum zu entfernen.

Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert. Beispiel 1

Zur Demonstration der Verwendbarkeit eines Fließbettes für die Denitrifikation von Abwasser, das erhebliche Mengen von Nitraten enthält, bei erhöhten Fließgeschwindigkeiten wurde ein Paar von biologischen Reaktoren hergestellt. Die biologischen Reaktoren bestanden aus Plexiglas-Acrylkunststoff-Kolonnen. Jeder Reaktor hat eine Höhe von 3,66 m und einen Innendurchmesser von 7,6 cm. Der Strom trat in eine Bodenverteilerplatte aus Plexiglas ein, die Löcher mit einem Durchmesser von 2,54 cm enthielt. Am Anfang enthielten die Kolonnen 2,74 m Aktivkohle mit den Abmessungen 1,68 mm χ 0,42 mm. Die Aktivkohle war mit Bakterien von üblichen Abwässern besät worden.

Es wurde eine synthetisch hergestellte Beschickung verwendet. Die Beschickung enthielt Leitungswasser. In die Be-

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Schickung wurde kontinuierlich Natriumsulfit eingeleitet und der Gehalt an gelöstem Sauerstoff der Beschickung wurde nahe an Null gehalten, damit die Integrität des anaerobischen Prozesses gewährleistet wurde. Als Stickstoffquellen wurden variierende Mengen von Natriumnitrat und Ammoniumchlorid zugegeben.

Ein Reaktor war 6 Monate lang in Betrieb und er hielt ein ausgezeichnetes biologisches Wachstum aufrecht. Es wurde eine Stickstoffentfernung von mehr als 90% mit eintretenden Nitrat-Stickstoff-Konzentrationen von etwa 17 bis 39 mg/l erzielt. Während der unten angegebenen Testversuche wurde die Fließgeschwindigkeit des eintretenden Stromes zu 30,7 l/min je 0,09 m des Bettes gemessen. Die Temperatur des Bettes betrug 26°C.

Die Ergebnisse von drei Testversuchen sind untenstehend in Tabellenform zusammengestellt. Die Versuche wurden in drei Tagesintervallen durchgeführt. In der Tabelle ist die Konzentration von Stickstoff in mg/l angegeben. Sowohl die Beschickung als auch der ^Abstrom wurden auf die Konzentration von Nitrat und Nitriten untersucht.

Tabelle

Versuch	Nitrat	Ab	Nitrit	Ab	Gesamtstick	% N
Nr.	Be-	strom	Be-	strom	stoff	entfernt
	schik-		schik-		Be- Ab-
	kung		kung		schik- strom
		0,3		1,	kung
1	31,6	0,2	0,2	1,	31,8 2,2	93
2	26,6	0,0	0,3	1,	26,9 1,4	95
3	17,8	0,3		18,1 1,0	94

	,9
,2
,0

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Die hohe Geschwindigkeit der Stickstoffentfernung bei der erheblichen Fließgeschwindigkeit von 30,7 l/min zeigt die Leistung der Fließbettdenitrifikation. Bei den Kolonnenversuchen wurden 2,74 m Aktivkohle verwendet. Während des Versuches wurde das biologische Wachstum ohne eine Behandlung sich ausdehnen gelassen. Zu Ausgleichszwecken wurde eine große Menge von Aktivkohle aus dem Reaktor entfernt .

Nach einer solchen Entfernung war die Höhe der Kolonne bei einer Strömungsgeschwindigkeit von Null 1,95 m. Beim Betrieb expandierte die Kolonne beim Betriebsdurchfluß auf eine Höhe von 3,29 m.

Beispiel 2

Um die Leistung des Verfahrens bei erhöhten Fließgeschwindigkeiten zu bestimmen, wurde die Denitrifikationskolonne des Beispiels 1 bei einer Fließgeschwindigkeit von etwa 45,4 l/min je 0,09 m des Bettes über einen Zeitraum von 5 Tagen in Betrieb genommen. Die Temperatur der Kolonne betrug 24,O⁰C. Die Kolonne hatte sich von ihrem gepackten Zustand um etwa 78# expandiert. Die mittlere Verweilzeit des Abwassers in der Kolonne betrug etwa 6,4 Minuten. Versuche zeigten, daß die Menge des aus dem Abwasser entfernten Stickstoffs 30 mg/l betrug.

Beispiel 3

Um überschüssiges Wachstum zu entfernen und die Expansion des Bettes zu vermindern, wurde wie folgt vorgegangen. Die Denitrifikation erfolgte nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 in der dort beschriebenen Kolonne. Nach etwa einwöchigem Betrieb wurde die Fließgeschwindigkeit von

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30,3 l/min Je 0,09 m² auf etwa 15,1 l/min je 0,09 m² vermindert. Das Bett, setzte sich zu einer neuen verminderten Höhe ab. Zu diesem Zeitpunkt wurde komprimierte Luft in den Reaktor über eine Kontaktzeit von 1 Minute eingeführt. Die komprimierte Luft bewegte die Betteilchen genügend, daß überschüssiges Wachstum entfernt wurde. Das überschüssige Wachstum wurde aus der Kolonne hinausgetragen und aus dem System abgegeben. Es wurde genügend Wachstum entfernt, so daß die Höhe d«s expandierten Bettes um etwa 1590 seiner ursprünglichen expandierten Länge vermindert wurde.

Abwasser wurde durch das gewaschene Bett mit einer Geschwindigkeit von 30,3 l/min je 0,09 m des Bettes geleitet. Die Denitrifikationsleistung war zufriedenstellend. Eine tägliche 10-sekündige Luftrückwaschung ergab weiter verbesserte Ergebnisse.

Es können verschiedene Modifizierungen des erfindungsgemäßen Verfahrens angewendet werden. PUr anaerobische biologische Systeme können sauerstofffreie Gase verwendet werden, um einen zusätzlichen Fluß zu ergeben, der erforderlich ist, um die Expansion oder Auf wirbelung zu steigern. Gewüns chtenfalls können HilfsmiScheinrichtungen oder Pulsierungseinrichtungen verwendet werden, um die notwendige Teilchenbewegung aufrechtzuerhalten und die Gasblasen von dem Träger in dem Bett oder in dem freien Volumen abzutrennen.

Um die Neigung der Betteilchen zur Agglomerierung zu vermindern und eine gesteigerte Vermischung in dem Bett zu ergeben, kann die Denitrifikationskolonne oder der Reaktor in eine Anzahl von vertikalen Abteilen mit kleiner

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Querschnittsgestalt aufgeteilt werden. Bei erhöhten Fließgeschwindigkeiten von mindestens etwa 56,8 l/min je 0,09 m wird das Abwasser durch die Wände in der Kolonne aufgebrochen. Dies ergibt eine Zirkulation und eine Vermischung von Betteilchen. Die Teilchen neigen dazu, an der Wand abzusteigen und in der Mitte der vertikalen Rohre aufzusteigen. GewUnschtenfalls kann eine weitere Aufteilung des Reaktors durchgeführt werden, indem gekräuselte und/oder ebene Kunststoffplatten verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Denitrifikation von Abwasser, dadurch gekennzeichnet , daß man

a) ein Fließbett bzw. Wirbelschichtbett aus denitrif!zierender Fauna bzw. Flora, die an einen festen teilchenförmigen Träger angefügt ist, und dem Abwasser erzeugt, wobei der Träger eine Teilchengröße von etwa 0,2 bis 3 mm und ein spezifisches Gewicht von mindestens etwa 1,1 aufweist,

b) genügende Mengen einer Kohlenstoffquelle in dem Abwasser zur Verfügung stellt, daß die nitrifizierten Abwässer durch die Flora bzw. Fauna in Stickstoff umgewandelt werden können,

c) das Bett bei einer Temperatur hält, die ausreichend hoch ist, um eine bakterielle Aktivität zu gestatten, und daß man

d) mechanisch überschüssiges bakterielles Wachstum von dem teilchenförmigen Träger zu vorgewählten Intervallen entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man als Kohlenstoffquelle Stärke, Glucose und/oder Methanol verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Träger ein poröses teilchenförmiges Material mit einer im wesentlichen gleichförmigen Größe und einem Durchmesser zwischen etwa 0,6 und 1,0 mm verwendet.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß man als Träger Aktivkohle verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Fließ- bzw. Wirbelschichtbett bildet, indem man das Abwasser durch eine vertikale Kolonne, die die an den festen teilchenförmigen Träger angefügte Flora bzw. Fauna enthält, mit einer Fließgeschwindigkeit zwischen etwa 22,7 und 151 l/min je 0,09 m² (6 bis 40 Gallonen je Minute je square foot) des Bettes leitet.

6. Verfahren zur Verminderung der Menge von oxidiertem Stickstoff in flüssigen Abwässern, wobei die Minimumkonzentration an oxidiertem Stickstoff in den Abwässern mindestens etwa 15 mg/l beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß man

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a) ein Fließbett bzw. Wirbelschichtbett aus/denitrl-

f!zierender Fauna bzw. Flora, die an einen festen teilchenförmigen Träger angefügt ist, und dem Abwasser erzeugt, wobei der Träger eine Teilchengröße von etwa 0,2 bis 3 mm und ein spezifisches Gewicht von mindestens etwa 1,1 aufweist,

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d) mechanisch überschüssiges Bakterienwachstum von dem teilchenförmigen Träger an vorgewählten Intervallen entfernt, indem man den Träger genügend abschleift bzw. abreibt, daß die Höhe des Fließbettes von etwa 10 bis 20% vermindert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das überschüssige Wachstum entfernt, indem man die Fließgeschwindigkeit des flüssigen Abwassers in das Bett genügend vermindert, daß die Betthöhe um mindestens etwa ein Viertel vermindert wird, und daß man sodann komprimierte Luft in das Bett einleitet, um die Betteilchen durchzubewegen und überschüssiges Wachstum abzuschleifen bzw. abzureiben.

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